特開 2024-162288 光電圧プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162288

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】光電圧プローブ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/24 20060101AFI20241114BHJP

   G01R 1/06 20060101ALI20241114BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

G01R15/24 A

G01R1/06 F

G01R19/00 V

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077652

(22)【出願日】2023-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】000147350

【氏名又は名称】株式会社精工技研

(74)【代理人】

【識別番号】100178906

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 充和

(72)【発明者】

【氏名】大沢 隆二

【テーマコード（参考）】

2G011

2G025

2G035

【Ｆターム（参考）】

2G011AB04

2G011AB07

2G011AC11

2G011AC33

2G011AD02

2G025AA07

2G025AB09

2G025AC06

2G035AA08

2G035AD36

2G035AD37

(57)【要約】

【課題】周囲の電磁波ノイズの近傍界の磁界に影響されることなく被測定点の電圧信号を正確に測定可能な光電圧プローブを提供する。
【解決手段】２つの変調電極１１及び１２を備え、その変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器１と、光変調器１に接続された入出力光ファイバ２と、被測定点に接触可能な接触端子３及び４を接触させて着脱可能に構成し変調電極１１及び１２にそれぞれ接続された２つの接触端子取り付け部５及び６と、光変調器１と入出力光ファイバ２の一部を収納したパッケージ８とを有し、接触端子３及び４を介して誘起された電圧信号を光強度変調信号に変換して出力する光電圧プローブであって、パッケージ８は、電界を遮蔽するための金属体８ａと磁界を遮蔽するための磁気シールド材８ｂとにより内部を覆うように構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つの変調電極を備え、前記２つの変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器と、
前記光変調器に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバと、
前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な２つの接触端子、又は、前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な接触端子を接触させて着脱可能に構成した２つの接触端子取り付け部と、
前記光変調器と前記入力光ファイバ及び前記出力光ファイバの一部を収納したパッケージと、を有し、
前記接触端子を介して前記２つの変調電極間に誘起された電圧信号を前記光変調器により光強度変調信号に変換して前記出力光ファイバより出力する光電圧プローブであって、
前記パッケージは、電界を遮蔽するための金属体と、該金属体の内側、又は外側に配置された磁界を遮蔽するための磁気シールド材と、により内部を覆うように構成され、
前記磁気シールド材は、比透磁率が１０００以上の値を有する層状、又はシート状の材料よりなることを特徴とする光電圧プローブ。

【請求項2】

少なくとも２つの変調電極を備え、前記２つの変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器と、
前記光変調器に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバと、
前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な２つの接触端子、又は、前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な接触端子を接触させて着脱可能に構成した２つの接触端子取り付け部と、
前記光変調器と前記入力光ファイバ及び前記出力光ファイバの一部を収納したパッケージと、を有し、
前記接触端子を介して前記２つの変調電極間に誘起された電圧信号を前記光変調器により光強度変調信号に変換して前記出力光ファイバより出力する光電圧プローブであって、
前記パッケージは、電界及び磁界を遮蔽するための比透磁率が１０００以上の値を有する金属体により内部を覆うように構成されていることを特徴とする光電圧プローブ。

【請求項3】

前記パッケージは、該パッケージの外部より到達する電磁波の該パッケージによる反射を減少するための電波吸収体を該パッケージの表面に備えることを特徴とする請求項１に記載の光電圧プローブ。

【請求項4】

前記パッケージは、該パッケージの外部より到達する電磁波の該パッケージによる反射を減少するための電波吸収体を該パッケージの表面に備えることを特徴とする請求項２に記載の光電圧プローブ。

【請求項5】

前記光変調器は、ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成された光導波路を用いた分岐干渉型光変調器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電圧プローブ。

【請求項6】

前記光変調器は、ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成された光導波路を用いた分岐干渉型光変調器であり、かつ、入射光を内部で反射して折り返す反射型光変調器であって、前記入力光ファイバと出力光ファイバは１本の入出力光ファイバで構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電圧プローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接触端子から得られる電圧信号を光変調器に印加して光変調信号に変換し、光ファイバによりその光変調信号を出力する光電圧プローブに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、高速のＣＰＵ等を用いた様々な制御装置が開発されており、誤動作の防止対策のため、その電気回路基板等で発生するノイズ信号の検出や、電気回路基板等のノイズ耐性試験等が行われている。これらの試験においては、電気回路基板上に設置された電気部品の入出力信号や配線上を伝わる電気信号を正確に測定することが要求されている。

【0003】

電気部品や配線の電気信号を測定する一般的な方法は、接触端子を有する電気プローブにより被測定点の電気信号をオシロスコープ等の測定器に導いてその伝達された電圧波形等を測定する方法である。しかし、被測定点のグランドレベルが測定器と異なる場合や、グランドされていない２点間の電圧信号を測定する場合等には、アースからの信号の混入や電気プローブの有する容量の影響などのため、正確な電圧波形の測定が困難となる。特に高周波領域においては上記のグランドや容量の影響は大きい。
さらに、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路において、入力インピーダンスおよび出力インピーダンスは５０Ωではないものが多く、例えばアンプ素子については高インピーダンス入力、低インピーダンス出力となっている。このため入力インピーダンスが小さい電気プローブを使ってノイズ入力電圧を測定すると、電気プローブ側に電流が流れてしまい、本来測定すべきノイズ電圧を低下させてしまう。

【0004】

この問題を解決する手段として、電圧信号を光信号に変換し、その光信号を光ファイバにより測定器に導く光電圧プローブを使用した測定器が開発されている。この方式では、プローブの有する容量成分が非常に小さいため、入力インピーダンスが非常に高く、被測定点と測定器が電気的に完全に分離される。光電圧プローブでは高周波成分まで測定でき、グランドの影響や途中での電気信号ノイズの混入等を防ぐことができる。

【0005】

このような従来の測定器の例が特許文献１、２及び３に記載されている。
特許文献１にはバルク型の光変調器を用いた光電圧プローブが記載されている。すなわち、電気光学効果を有する結晶を挟む２つの電極間に接触端子の電圧信号を印加し、上記結晶中で光ファイバより送られた入射光を反射させて偏光状態を変化させ、その変化分を検光子を通して光強度変調光とし、光ファイバでＯ／Ｅ変換器に導く構成である。
特許文献２には導波路型の光変調器を用いた光電圧プローブが記載されている。ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成した分岐干渉型光変調器の２つの変調電極間に接触端子の電圧信号を印加して光強度変調信号を得るものである。光源とＯ／Ｅ変換器とを備えた装置と光電圧プローブは光ファイバで接続されている。
特許文献３には、さらに、周囲の電磁波ノイズの影響を防ぐため、金属のような導電材料でパッケージを覆って電磁波を遮蔽した光電圧プローブや、フェライト等の電波吸収材料で光電圧プローブのパッケージを覆う構成が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開昭６３－１９６８６３号公報

【特許文献2】特開平８－３５９９８号公報

【特許文献3】特開２０２１－１６５６６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記のように、従来の光電圧プローブでは、電気プローブのようなグランドの影響を除くことができ、測定器までの配線の途中からの電気信号ノイズの混入も防ぐことができる。さらに、特許文献３の光電圧プローブでは、金属や電波吸収材料によりパッケージを覆うことにより、光電圧プローブの周囲の空間を伝搬して接触端子から変調電極に至る途中の配線をアンテナとして直接的に変調電極に達する電磁波ノイズの影響を排除することができる、と記載されている。

【0008】

しかし、発明者らの実験により、上記の従来の周囲の電磁波に対する遮蔽を行ったパッケージによる光電圧プローブを使用しても、電磁波ノイズの影響が残ってしまう場合があり、その原因が光電圧プローブの周囲に存在する電磁波ノイズの磁界成分に起因することが明らかとなった。一般的に、電磁波が放出される場合、その電磁波の波長をλとすると、放出源からの距離がλ／２π以内の近傍では、磁界と電界がそれぞれ個別に複雑に存在している近傍界と呼ばれる領域がある。この近傍界の磁界が被測定回路と接触端子から変調電極に至る配線を含むループ状の線路に電磁誘導による電圧を発生させ、目的とする接触端子の被測定電圧に重畳されることにより、正確な接触端子の電圧の測定を妨げるものである。

【0009】

本発明の目的は、上記の課題を解決し、周囲の電磁波ノイズの近傍界の磁界に影響されることなく被測定点の電圧信号を正確に測定可能な光電圧プローブを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、第１の観点では、本発明による光電圧プローブは、少なくとも２つの変調電極を備え、前記２つの変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器と、前記光変調器に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバと、前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な２つの接触端子、又は、前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な接触端子を接触させて着脱可能に構成した２つの接触端子取り付け部と、前記光変調器と前記入力光ファイバ及び前記出力光ファイバの一部を収納したパッケージと、を有し、前記接触端子を介して前記２つの変調電極間に誘起された電圧信号を前記光変調器により光強度変調信号に変換して前記出力光ファイバより出力する光電圧プローブであって、前記パッケージは、電界を遮蔽するための金属体と、該金属体の内側、又は外側に配置された磁界を遮蔽するための磁気シールド材と、により内部を覆うように構成され、前記磁気シールド材は、比透磁率が１０００以上の値を有する層状、又はシート状の材料よりなることを特徴とする。

【0011】

本発明の光電圧プローブにおいては、上記のように、パッケージの内部を、電界の遮蔽効果を有する金属体で覆うことにより、測定個所の周囲の電磁波ノイズの電界成分が光変調器の変調電極や変調電極に至る途中の配線により受信されるのを防ぎ、さらに、比透磁率が１０００以上の値を有する磁気シールド材で覆うことにより、電磁波ノイズの近傍界の磁界成分の影響も抑制することができる。光電圧プローブの周囲に磁界が存在しても、その磁束が主としてパッケージを覆う比透磁率が大きい磁気シールド材中を通過することにより、パッケージの内部の磁束密度は小さくなるからである。この磁気シールド効果は、比透磁率が大きい材料を用いるほど大きくなり、有効な効果を得るためには比透磁率の値は１０００以上であることが必要である。実用上、望ましくは６０００以上、さらには、１００００以上であることがより望ましい。比透磁率が大きい材料ほど、同じ磁気シールド効果を得るための磁気シールド材の厚さを薄くすることが可能となる。磁気シールド材としては、例えば、比透磁率１０００００程度が得られるパーマロイやアモルファス合金からなる磁性材料等を用いることができる。
ここで、パッケージの内部を覆う磁気シールド材は、近傍界の磁界が被測定回路と接触端子から変調電極に至る配線を含むループ状の線路に電圧を発生させることを防げばよいので、パッケージ内のすべての部分を覆う必要はなく、上記のループ状の線路に侵入する磁束を妨げるように配置すればよい。すなわち、磁気シールド材は、上記のループ状線路が形成される領域を覆うように配置されていればよい。

【0012】

光電圧プローブでは回路基板等の測定点に接触端子を接触させて測定を行うが、接触端子は光電圧プローブに一体として設けてもよく、又は、目的に合わせて接触端子を選択可能とするため、接触端子を接触させて着脱可能に構成した２つの接触端子取り付け部を光電圧プローブに備えてもよい。なお、接触端子又は接触端子取り付け部の間隔を３ｍｍ以上とすることにより、光電圧プローブの入力インピーダンスをより高め、測定における入力インピーダンスの影響を抑制することができる。

【0013】

本発明において、電界の遮蔽効果を得るための金属体でパッケージを構成してもよい。パッケージの形状は光変調器及び接触端子から変調電極に至る途中の配線を内部に収納して覆うものであれば任意の形状が可能である。金属板等の金属加工によりパッケージを構成する方法以外にも、絶縁性の樹脂やセラミック等でパッケージを構成し、その外面全体又は内面全体を覆うように金属膜を設置する方法も可能である。例えば、パッケージ表面への金属膜の蒸着、金属テープの貼り付け、金属メッキや金属材料の塗布等、様々な手段が可能である。また、内部に金属層を有する板状材料でパッケージを構成してもよい。また、金属体は、遮蔽対象とする電磁波の波長に対して十分に小さな網目を有するメッシュ状の金属体であってもよい。

【0014】

磁気シールド材は、パッケージの表面に設けてもよく、パッケージの内部に設けてもよい。材料形状としては、パーマロイ等の板状の材料の他、磁気シールド材料として市販されているシート状の材料、塗布型の材料等も使用可能である。

【0015】

第２の観点では、本発明による光電圧プローブは、少なくとも２つの変調電極を備え、前記２つの変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器と、前記光変調器に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバと、前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な２つの接触端子、又は、前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な接触端子を接触させて着脱可能に構成した２つの接触端子取り付け部と、前記光変調器と前記入力光ファイバ及び前記出力光ファイバの一部を収納したパッケージと、を有し、前記接触端子を介して前記２つの変調電極間に誘起された電圧信号を前記光変調器により光強度変調信号に変換して前記出力光ファイバより出力する光電圧プローブであって、前記パッケージは、電界及び磁界を遮蔽するための比透磁率が１０００以上の値を有する金属体により内部を覆うように構成されていることを特徴とする。

【0016】

本観点の発明では、電界を遮蔽するための金属体を比透磁率が１０００以上の値を有する金属体とすることにより、磁界を遮蔽するための磁気シールド材の機能を併せ持つことができ、周囲の電磁波ノイズの近傍界の電界と磁界の両者を遮蔽することができる。
例えば、磁気シールド材であるパーマロイ板でパッケージを構成することや、パーマロイのシートで他の金属材料や絶縁体材料で構成されたパッケージを覆う等の方法が可能である。

【0017】

第３の観点では、本発明は、前記第１の観点の光電圧プローブにおいて、前記パッケージは、該パッケージの外部より到達する電磁波の該パッケージによる反射を減少するための電波吸収体を該パッケージの表面に備えることを特徴とする。本発明による光電圧プローブにおいては、電界及び磁界の遮蔽効果を有するパッケージにより、変調電極等により直接的に周囲の電磁波ノイズを検出することは防ぐことができるが、測定対象の回路基板等に近接して配置されたパッケージにより電磁波ノイズが反射されて、測定対象の回路基板等の受信アンテナとしての機能を有する部分に放射された場合、接触端子から測定される信号に電磁波ノイズによる信号が混入してしまう恐れがある。本観点の発明においては、パッケージの表面に電波吸収体を備えることにより電磁波ノイズを吸収して、電磁波ノイズの反射を減少させることができる。これにより、測定点に近接して置かれるパッケージからの電磁波ノイズの反射波を減少させ、測定における電磁波ノイズの影響をさらに防ぐことができる。

【0018】

本観点の発明に用いる電波吸収体としては、電波の反射を減少させる機能を有するものであればよい。例えば、材料内部の抵抗によって電波によって発生する電流を吸収する導電性繊維の織物等により構成される導電性電波吸収材料、誘電損失を利用し、カーボン粉等をゴム、発泡ウレタン、発泡ポリスチロール等の誘電体に混合して見かけ上の誘電損失を大きくした誘電性電波吸収材料、磁気損失によって電波を吸収するニッケル、フェライト等を使用した磁性電波吸収材料等を用いることができる。また、材料形状としては、シート状の材料、塗布型の材料等も可能である。

【0019】

第４の観点では、本発明は、前記第２の観点の光電圧プローブにおいて、前記パッケージは、該パッケージの外部より到達する電磁波の該パッケージによる反射を減少するための電波吸収体を該パッケージの表面に備えることを特徴とする。

【0020】

第５の観点では、本発明は、前記第１乃至第４の観点の光電圧プローブにおいて、前記光変調器は、ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成された光導波路を用いた分岐干渉型光変調器であることを特徴とする。本観点の発明は、光変調器として、従来から用いられているニオブ酸リチウム結晶上に形成された光導波路による分岐干渉型光変調器を用いるものである。分岐干渉型光変調器の基本構成は、光の入射側から延びる入力光導波路と、入力光導波路から二股に分岐して延びる２本の位相シフト導波路と、その２本の位相シフト光導波路が合流して光の出射側につながる出力光導波路と、位相シフト導波路に並行に配置された変調電極により構成される。電圧信号を変調電極を介して位相シフト導波路に印加し、位相シフト光導波路の屈折率を変化させ、その２つの位相シフト光導波路を通過した光が合流して干渉し、光強度が変調される。小型、高効率、広帯域の光変調器が得られるので、本発明の光電圧プローブに適している。

【0021】

なお、本発明において、変調電極として、長手方向に分割され互いに容量結合した複数の電極からなるいわゆる分割電極を用いることができる。変調効率と変調帯域に関係する変調電極の長さと電気容量のトレードオフの関係を改善する有力な手段が、１つの変調電極を容量結合した複数の電極に分割した分割電極である。この分割電極を使用することにより、高効率、広帯域の光変調器を得ることができる。

【0022】

第６の観点では、本発明は、前記第１乃至第４の観点の光電圧プローブにおいて、前記光変調器は、ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成された光導波路を用いた分岐干渉型光変調器であり、かつ、入射光を内部で反射して折り返す反射型光変調器であって、前記入力光ファイバと出力光ファイバは１本の入出力光ファイバで構成されていることを特徴とする。本観点の発明の反射型光変調器は、入射光を位相シフト導波路において反射させて入射側の光導波路に戻す構成を用いる。このような反射型の光変調器の構成を用いることにより、透過型の光変調器に比べて同じ電極長に対して２倍の長さ光が透過するので、光変調器の高効率化、広帯域化が可能となり、かつ小型化が可能となる。さらに、光変調器に接続される光ファイバが１本であるので取り扱いが容易となる。

【発明の効果】

【0023】

上記のように、本発明により、周囲の電磁波ノイズの近傍界の磁界に影響されることなく被測定点の電圧信号を正確に測定可能な光電圧プローブが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施例１に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す構成図であり、図１（ａ）は透過型の平面図、図１（ｂ）は透過型の側面図、図１（ｃ）はパッケージの断面構造を示す部分拡大断面図、図１（ｄ）は接触端子取り付け部の部分拡大断面図。

【図2】実施例１に係る光電圧プローブを用いた測定システムのブロック構成図。

【図3】実施例１の光電圧プローブに内蔵される反射型の光変調器の構成の一例を模式的に示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＡ－Ａ断面図。

【図4】実施例２に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す図であり、図４（ａ）は透過型の平面図、図４（ｂ）はパッケージの断面構造を示す部分拡大断面図。

【図5】実施例３に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す図であり、図５（ａ）は透過型の平面図、図５（ｂ）はパッケージの断面構造を示す部分拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照して本発明の光電圧プローブを実施例により詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複した説明を省略する。

【実施例0026】

図１は実施例１に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す構成図であり、図１（ａ）は透過型の平面図、図１（ｂ）は透過型の側面図、図１（ｃ）はパッケージの断面構造を示す部分拡大断面図、図１（ｄ）は接触端子取り付け部の部分拡大断面図である。

【0027】

図１において、本実施例の光電圧プローブ１０は、２つの変調電極１１及び１２を備え、変調電極１１と変調電極１２間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器１と、光変調器１に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバとを備えている。さらに、被測定点に接触可能に構成される２つの接触端子３及び４をそれぞれ接触させて着脱可能に構成し、変調電極１１及び１２にそれぞれ接続された接触端子取り付け部５及び６備えている。本実施例においては、光変調器１は、入射光を内部で反射して折り返す反射型光変調器であって、光変調器１への入力光ファイバと光変調器１からの出力光ファイバは１本の入出力光ファイバ２で構成されている。入出力光ファイバ２の先端は、光変調器１の入出射端面と端面同士を接着固定するため、フェルール７内に挿入され固定されている。

【0028】

また、光変調器１及び入出力光ファイバ２の一部は、直方体状のパッケージ８の中に収納されている。ここで、パッケージ８は、電界を遮蔽するアルミニウム等の金属板８ａの外側に磁界を遮蔽するパーマロイシートからなる磁気シールド材８ｂを配置して構成されている。但し、磁気シールド材８ｂは金属板８ａの全体を覆うのではなく、近傍磁界が影響を及ぼす光変調器の変調電極及び接触端子取り付け部５及び６までを覆うように配置され、図１（ａ）、（ｂ）で示すパッケージ８の右側半分には設置されていない。光変調器１はパッケージ８に固定された台座９に固定され、入出力光ファイバ２はゴム状の固定部品１３によりパッケージ８に固定されている。ここで、パーマロイシートの厚さは０．１ｍｍ以上であれば磁気シールド効果が得られる。本実施例における磁気シールド材８ｂの材料としては、パーマロイシートの他に、コバルト、ジルコニウム、ニオブ等からなるアモルファス金属の磁性材料等を用いることができる。

【0029】

接触端子取り付け部５及び６は、図１（ｄ）に示すように、筒状の絶縁体１４と、その内部に収納され固定された金属の筒状の端子挿入部１５とからなり、測定時には接触端子取り付け部５の端子挿入部１５に接触端子３が挿入され、接触端子取り付け部６の端子挿入部１５に接触端子４が挿入される。端子挿入部１５には変調電極１１又は１２へ接続するためのリード線１６が取り付けられ、絶縁体１４がパッケージ８に固定されている。本実施例においては、接触端子取り付け部５及び６はパッケージ８の表面の位置より内側に設置されている。また、２つの接触端子取り付け部５と６の中心間隔は５ｍｍ程度であり、２つの接触端子３及び４が取り付けられたとき、その間隔Ｐも５ｍｍ程度となる。このように接触端子の間隔を３ｍｍ以上離すことにより、高い入力インピーダンスが得られている。

【0030】

次に、本実施例の光電圧プローブ１０を用いた測定システムについて説明する。
図２は実施例１に係る光電圧プローブを用いた測定システムのブロック構成図である。図２に示すように、光電圧プローブ１０には、光送受信ユニット２１より入出力光ファイバ２を通して入射光１７が送られ、光変調器１より出力される光強度変調信号１８が同じ入出力光ファイバ２より送受信ユニット２１に入力される。
光送受信ユニット２１は、半導体レーザ等の光源２２、Ｏ／Ｅ変換器２３、入射光１７と光強度変調信号１８を分離するための送受分離器２４、アンプ２５を備えている。光源２２からの出射光は送受分離器２４を通して入出力光ファイバ２に結合し、入出力光ファイバ２から戻る光強度変調信号１８は送受分離器２４を通してＯ／Ｅ変換器２３に入力する。Ｏ／Ｅ変換器２３において光強度変調信号１８は電気信号に変換され、アンプ２５により増幅されて出力端子２６に出力される。その電気信号はオシロスコープ等の測定器２７の入力端子２８に入力される。送受分離器２４は、光サーキュレータ、光ファイバ分岐、半透過ミラーのいずれかを用いて構成することができる。

【0031】

図２は、被測定点として、電気回路基板２９上に組み込まれた電気部品１９の２つの端子間に印加されている電圧信号を測定する場合を示している。電気部品１９の測定しようとする２つの端子に光電圧プローブ１０の接触端子３及び４を接触させる。接触端子３及び４を通して入力される電圧信号は変調電極１１及び１２に導かれ、この電圧信号が光変調器１により光強度変調信号１８に変換される。その光強度変調信号１８は光送受信ユニット２１内で電気信号に変換される。測定器２７によりその電圧波形を観測等することにより電気部品１９の２つの端子間に印加されている電圧信号波形を把握することができる。

【0032】

図３は、本実施例の光電圧プローブ１０に内蔵される反射型の光変調器１の構成の一例を模式的に示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。

【0033】

図３において、光変調器１は、電気光学効果を有する結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）結晶からＸカットで切り出して作られた基板４１と、基板４１の上面側にＴｉ拡散によって作られた分岐干渉型光導波路４２と、基板４１の上面側に成膜されたバッファ層４３と、バッファ層４３の上に成膜された変調電極１１及び１２を含む変調電極部４４と、基板４１の一方の端部に設置された光反射部４５とから構成されている。変調電極部４４は、スパッタリング等によって成膜されたクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の２層膜である。

【0034】

分岐干渉型光導波路４２は、入力光の入射側に延びる１本の入出力光導波路４２ａと、入出力光導波路４２ａから二股に分岐して延びる２本の位相シフト導波路４２ｂ，４２ｃとから構成されている。入出力光導波路４２ａや位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃでは、延伸方向に垂直な方向の幅Ｗは５～１２μｍの範囲にあり、すべて等しい。また、位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃの延伸方向の長さは１０～３０ｍｍの範囲にあり、ほぼ等しい。位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃは、その中央部分が１５～５０μｍの範囲内の所定の間隔で離間し、互いに平行に延びている。バッファ層４３は、光導波路４２を伝播する光の一部が変調電極部４４に吸収されることを防止する目的で設けられ、主として二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜等から作られ、その厚さは０．１～１．０μｍ程度である。

【0035】

光変調器１においては、変調電極部４４は、分岐干渉型光導波路４２の長手方向に分割され互いに容量結合した３つの電極４６、４７、４８からなる分割電極により構成されている。電極４６は変調電極１１の一部であり、位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃの間に配置された電極部４６ａを有している。電極４７は、位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃを挟んで電極部４６ａの両側に配置された電極部４７ｂと、位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃの間に配置された電極部４７ａを有している。電極４８は変調電極１２の一部であり、位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃを挟んで電極部４７ａの両側に配置された電極部４８ｂを有している。変調電極１１と１２間で、電極４６と４７、及び電極４７と４８は互いに容量結合して直列に配置されていることになる。

【0036】

基板４１の入出力光導波路４２ａの光入出射端には入出力光ファイバ２の入出射端面が結合している。光反射部４５は、入出力光導波路４２ａから入射して位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃを伝播した光を反射し、位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃから入出力光導波路４２ａへ戻して伝播させる。変調電極１１及び１２間への電圧印加により、電極部４６ａと４７ｂとの間、及び電極部４７ａと４８ｂとの間の２つの位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃ中に互いに逆向きに電界が印加される。これにより、位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃには互いに逆向きの屈折率変化が生じ、それらを通過する光に互いに逆極性の位相シフトが生じ、それらの光が合流するときに互いに干渉して強度変化が生ずる。これにより変調電極１１及び１２間への印加電圧に対応した光強度変化を有する光強度変調信号が得られる。

【0037】

本実施例の光電圧プローブを用いて、電気回路基板のイミュニティ試験を行った。試験装置から所定の電磁波ノイズを発生させ、電気回路基板中の所定の場所での信号波形を測定した。磁気シールド材なしの従来の光電圧プローブを使用した場合には、イミュニティ試験の試験波形が信号波形に重畳されて検出されてしまったが、磁気シールド材を設けた本実施例の光電圧プローブを使用した場合は、電気回路の信号波形のみが検出できた。すなわち、周囲の電磁波ノイズの近傍界の磁界に影響されることなく被測定点の電圧信号を正確に測定可能であることが確認できた。

【実施例0038】

図４は実施例２に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す図であり、図４（ａ）は透過型の平面図、図４（ｂ）はパッケージの断面構造を示す部分拡大断面図である。図４に示すように、本実施例２の光電圧プローブ３０において、実施例１と同様な光変調器１がパッケージ３１内に設置され固定されている。光電圧プローブ３０は実施例１の光電圧プローブ１０と比べて、パッケージ３１以外の部分の構成は同じである。本実施例においては、パッケージ３１は、電界及び磁界を遮蔽するための比透磁率が１０００００程度のパーマロイ板からなる金属体３２と、パッケージ３１の外部より到達する電磁波のパッケージ３１による反射を減少するため、金属体３２の外側に配置したシート状の電波吸収体３３を備えている。

【0039】

ここで、金属体３２は実施例１の金属体８ａと同様な形状で構成した。電波吸収体３３は、カーボン粉等をゴム、発泡ウレタン、発泡ポリスチロール等の誘電体に混合して見かけ上の誘電損失を大きくした誘電性電波吸収材料で構成したシートであり、金属体３２の接触端子取り付け部５及び６の露出面、及び入出力光ファイバ２の固定部品１３以外の表面全体に貼り付けられている。

【0040】

本実施例においては、電磁波ノイズの近傍界の磁界に影響されることなく被測定点の電圧信号を正確に測定可能であることに加え、測定点に近接して置かれるパッケージ３１の金属体３２による電磁波ノイズの反射を電波吸収体３３により減少させ、被測定回路中へのノイズ混入を妨げ、測定における電磁波ノイズの影響をさらに小さくすることができる。また、電波吸収体のシートを表面に貼り付けるだけで構成できるので、製造工程が簡易化できる。